地質(zhì)作用成就了周口店古人類的家

呂金波 韋京蓮 李良景

1929年12月2日傍晚，石破天驚，北京大學(xué)畢業(yè)兩年的裴文中發(fā)現(xiàn)了第一顆完整的猿人頭蓋骨，使得周口店遺址震驚中外。那么周口店古人類的“家”是怎么形成的呢？很少有人談起。沒有天哪有地？沒有地哪有家？地質(zhì)作用成就了周口店古人類的家——巖溶洞穴。

化石的發(fā)現(xiàn)讓我們找到了古人類的家——周口店遺址

1913年建立了中國的第一個(gè)地質(zhì)研究機(jī)構(gòu)——地質(zhì)調(diào)查所，1914年聘請顧問瑞典人安特生，1918年春安特生發(fā)現(xiàn)了周口店猿人遺址南面的雞骨山，1921年夏安特生和師丹斯基發(fā)現(xiàn)了周口店猿人遺址，1923年發(fā)現(xiàn)兩枚中更新世古人類牙齒化石。1929年12月2日裴文中發(fā)現(xiàn)第一顆完整的中更新世猿人頭蓋骨，確立北京猿人為人類發(fā)展的一個(gè)階段，使周口店古人類學(xué)的研究領(lǐng)先世界。1930年發(fā)現(xiàn)了晚更新世山頂洞人化石，隨后發(fā)現(xiàn)古人類使用的骨針和祭祀用的赤鐵礦粉。1936年賈蘭坡發(fā)現(xiàn)3顆中更新世猿人頭蓋骨。二戰(zhàn)期間，周口店猿人遺址先后出土的5個(gè)中更新世猿人頭蓋骨失蹤。1966年裴文中率領(lǐng)挖掘隊(duì)發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)在僅存的中更新世猿人頭蓋骨化石。1973年顧玉珉在第4地點(diǎn)旁邊發(fā)現(xiàn)晚更新世新洞人化石。2003年以同號文為首的發(fā)掘隊(duì)發(fā)現(xiàn)了晚更新世田園洞人化石。

北京猿人頭蓋骨

猿人遺址馬家溝組石灰?guī)r

古人類家的材料——可溶性巖石

巖溶洞穴是古人類最早的家，形成洞穴離不開可溶性巖石，海洋沉積的地層和燕山運(yùn)動(dòng)構(gòu)造有利于巖溶洞穴的形成。形成周口店古人類家的地層有兩層，一層是4.6億年前海洋沉積形成的奧陶紀(jì)馬家溝組石灰?guī)r，另一層是15億年前陸表海沉積形成的中元古代霧迷山組硅質(zhì)條帶白云巖。

周口店遺址一共發(fā)現(xiàn)8個(gè)地點(diǎn)曾經(jīng)是古人類的家。

大地是一本書，正常情況下，上新下老，地質(zhì)工作者將自然界中出露最完整的書用當(dāng)?shù)氐牡孛Q為地層剖面。8個(gè)家中的7個(gè)地點(diǎn)均位于距今約4.6億年前沉積的馬家溝組地層。這本馬家溝組地層書，從上至下展示如下：

上覆地層：太原組

---平行不整合---

馬家溝組:厚度68.14米

6.黃白色中厚層條帶狀大理巖

5.灰白色中厚層紋帶狀大理巖與紋帶狀白云巖互層

4.薄層白云巖與薄層大理巖互層，中夾深灰色板巖

3.灰色中層狀白云質(zhì)大理巖及青灰色紋帶狀大理巖

2.灰色薄層狀白云巖與大理巖互層

1.灰色、灰白色薄層白云質(zhì)大理巖夾薄層紋帶大理巖

---平行不整合---

下伏地層：亮甲山組:

馬家溝組石灰?guī)r沉積后，經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的改造，特別是燕山運(yùn)動(dòng)使得地殼下部的房山花崗巖體上拱，地層上卷，形成北嶺向斜，地質(zhì)圖上呈現(xiàn)日月同輝的畫面，周口店遺址位于北嶺向斜的東南揚(yáng)起端。

后期的固態(tài)流變作用形成了次一級周口河?xùn)|面的164背斜和安特生最早挖掘化石的雞骨山向斜。

古人類的8個(gè)家中，僅有第27地點(diǎn)田園洞人的家位于中元古代霧迷山組地層書的頂部，地層剖面如下：

上覆地層：洪水莊組灰綠色頁巖

---整合---

周口店遺址8個(gè)古人類家的出土物及地質(zhì)概況

田園洞霧迷山組白云巖

a.距今15—1.5億年前的厚層地質(zhì)沉積

b.中生代，巖漿侵入，固態(tài)流變構(gòu)造形成

c.巖體侵入，推擠巖石地層，北嶺向斜雛形北嶺向斜的形成過程

d. 抬升剝蝕，北嶺向斜形成

霧迷山組第四段 厚670.64米

8.灰色—深灰色極薄層白云巖

7.淺灰色薄層含硅質(zhì)條帶白云巖

6.淺灰色中薄層硅質(zhì)條帶紋層白云巖

5.淺灰色—白灰色厚層紋層白云巖

石花洞的鎖孔形斷面

4.深灰色厚層含硅質(zhì)條帶紋層白云巖

3.淺灰色薄層白云巖

2.褐紅色構(gòu)造角礫巖及靡棱巖

1.硅質(zhì)條帶白云巖

---整合---

下伏地層：霧迷山組第三段深灰色疊層石白云巖

田園洞位于周口店遺址西南約6千米，屬于石門背斜的北翼。石門背斜以石門花崗巖體為中心，南翼產(chǎn)修建北京古都的漢白玉，北翼為云居寺——云水洞所在的白帶山，在霧迷山組頂部的白云巖溶隙中形成了云水洞和田園洞，其中的田園洞發(fā)現(xiàn)了古人類化石。

古人類家的搭建——巖溶作用

巖溶最早稱為喀斯特（Karst），因?yàn)榘蜖柛砂雿u斯洛文尼亞的喀爾斯（Kras）高原發(fā)現(xiàn)波斯托伊納（Postojna）洞，德國學(xué)者研究該區(qū)域的地貌，德語譯為Karst。1966年我國第2屆喀斯特學(xué)術(shù)會(huì)議將喀斯特改為巖溶。1981年在山西召開北方巖溶學(xué)術(shù)會(huì)議，議定巖溶與喀斯特通用。周口店地區(qū)為可溶性巖石馬家溝組和霧迷山組，伴隨著喜馬拉雅山隆起的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，巖溶作用造就了古人類的家。

巖溶作用形成鎖孔形橫斷面形態(tài)。山頂洞和猿人遺址組成上部橢圓形下部垂直裂隙型的鎖孔形巖溶洞穴，上部的橢圓形斷面代表地殼穩(wěn)定，下部的垂直型裂隙形代表地殼瞬速隆升。上部橢圓形山頂洞為南口（向東）在上北口在下的穿洞。下部為垂直裂隙形猿人洞。

北嶺向斜東北揚(yáng)起端石花洞的第4層也發(fā)育鎖孔形斷面，說明新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)隆升對區(qū)域巖溶洞穴的形成是一致的。

巖溶作用形成巖溶石柱和腳洞。第4地點(diǎn)（新洞）屬于巖溶石柱的腳洞，巖溶石柱為石灰?guī)r經(jīng)過溶蝕、侵蝕后殘留的上下直徑大致一致的柱狀巖體，腳洞為石柱腳下由水流侵蝕、溶蝕發(fā)育的流入型洞穴。洞內(nèi)堆積物為晚更新世紅色砂質(zhì)粘土，發(fā)現(xiàn)晚更新世古人類前臼齒1枚，并有石器、樸樹仔和灰燼等。

巖溶作用形成霧迷山組頂部的垂直溶隙。第27地點(diǎn)（田園洞）位于周口店遺址西南約6千米，發(fā)育在與北嶺向斜相鄰的石門背斜北翼東部，地層為15億年前陸表海沉積形成的霧迷山組頂部。這與周口店遺址其它洞穴均發(fā)育在4.6億年前海洋沉積的奧陶系馬家溝組石灰?guī)r明顯不同。洞穴沿巖石垂直裂隙發(fā)育，洞內(nèi)堆積了灰白色粉砂及小塊礫石，發(fā)現(xiàn)了晚更新世古人類的下頜骨、鎖骨等多部位骨骼化石，以及26種動(dòng)物化石。

上部的橢圓形山頂洞

下部的垂直裂隙形猿人洞

頂蓋堆積處的巖溶石柱

巖溶石柱的腳洞出土的新洞人牙齒化石

古人類家的證據(jù)——充填作用保留了古人類的生活遺跡

巖溶作用形成了橢圓形山頂洞和裂隙形猿人洞的組合式形態(tài)——鎖孔形橫斷面。晚更新世的流水充填堆積作用，在山頂洞內(nèi)碎屑堆積物中埋藏了晚更新世古人類、赤鐵礦和骨針等。中更新世的流水充填堆積作用，在猿人洞內(nèi)堆積了碎屑沉積物，科學(xué)家由上至下分為17層，楊鐘健劃分了1～10層，賈蘭坡劃分了11～13層，楊子賡等劃分了14～17層。其中在第3層上部發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)在僅存的頭蓋骨化石，第4層最早發(fā)現(xiàn)人類牙齒化石，第8～9層含化石的角礫巖層內(nèi)發(fā)現(xiàn)3顆猿人頭蓋骨，第10層北部支洞東側(cè)發(fā)現(xiàn)了第一顆完整的猿人頭蓋骨。

石花洞中的粗獷石筍和桿狀石筍

古人類家的生存環(huán)境在石花洞中被記錄

周口店地區(qū)和石花洞地區(qū)的巖溶洞穴主要分布在房山巖體周邊的北嶺向斜南北兩端的奧陶系馬家溝組石灰?guī)r中。早更新世，周口店遺址沒有發(fā)現(xiàn)古人類化石。中更新世，周口店遺址為濕熱環(huán)境，降水多，石花洞中沉積了鈣板和粗獷石筍。晚更新世，周口店遺址為干涼環(huán)境，降水少，石花洞中沉積了桿狀石筍。

古人類家中最多的石器材料是石英

周口店遺址石器材料的巖性多達(dá)40余種，但以石英最多，占比80%以上，其次為水晶、燧石和砂巖，其它巖性占比很少。

石英主要為脈石英，來自馬家溝組灰?guī)r中后期熱液沿著裂隙充填的石英脈。燧石來自霧迷山組的硅質(zhì)部分。水晶來自周口店北西約13千米的大草嶺水晶礦。砂巖母巖為周口河上游的四盒子組砂巖，崩塌后，經(jīng)過周口河的搬運(yùn)和古人類的加工，形成可用的石器。

山頂洞人家中的赤鐵礦粉體現(xiàn)了人類最早的“禮”

山頂洞內(nèi)發(fā)現(xiàn)了古人類用于祭祀的赤鐵礦粉，將中國儒家思想“禮”的來源上溯到距今約3萬年前。赤鐵礦粉可能來自周口店附近芹峪運(yùn)動(dòng)所在的鐵嶺組與下馬嶺組之間的風(fēng)化殼，也可能來自遠(yuǎn)處宣化煙筒山串嶺溝組底部的赤鐵礦。